專利名稱：用于線性超聲焊頭的共振節(jié)點安裝座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲焊接安裝座，特別涉及具有預(yù)定諧振頻率的線性超聲焊頭的安 裝座，該安裝座具有大約相同的諧振頻率。
背景技術(shù)：
超聲焊接通常利用轉(zhuǎn)換成熱能的振動將多個部件連接在一起。通用類型的超聲 焊接是插入式和連續(xù)式的焊接。在插入式焊接中，超聲焊頭插入(朝部件行進(jìn))并且將 振動傳輸進(jìn)入頂部部件。在連續(xù)式焊接(例如掃描或旋轉(zhuǎn)焊接)中，超聲焊頭通常是靜 止的或轉(zhuǎn)動的而在它的下面移動部件。連續(xù)超聲焊接通常用于密封織物、薄膜以及其他 部件。超聲焊接類型中的每一種都涉及焊頭。
超聲焊頭以所選的波長、頻率和振幅將能量傳送到待焊接的部件。焊頭在為其 提供能量的超聲換能器的頻率下進(jìn)行共振；具有大約20,000赫茲頻率的換能器可能是最 容易商購獲得的。例如，旋轉(zhuǎn)焊頭通常包括帶有輸入和輸出端的軸以及安裝在輸出端上 并與其同軸的焊接部分。焊接部分的直徑通常大于軸的直徑。焊接部分具有圓柱形焊接 表面，其直徑隨著振動能量的施加而膨脹和收縮。通常，旋轉(zhuǎn)焊頭是圓柱形的并且圍繞 縱向軸線旋轉(zhuǎn)。輸入振動是沿著軸向的，而輸出振動是沿著徑向的。焊頭和砧很容易彼 此靠近安裝，并且砧可以在焊頭的相對方向上旋轉(zhuǎn)。待焊接的部件(或多個部件)以線 速度在圓柱形表面之間通過，該線速度等于圓柱形表面的切向速度。
正如預(yù)料的那樣，焊頭承受強(qiáng)烈振動的事實帶來的問題是在運行期間需要保持 焊頭上的挾持裝置。通常，使用兩種方法來安裝超聲焊頭節(jié)點安裝和非節(jié)點安裝。節(jié) 點是在一個或多個方向上具有零位移的焊頭的位置。就本專利申請中所用的焊頭而言， 節(jié)點是超聲焊頭上的一個點或區(qū)域，在該點或區(qū)域上當(dāng)焊頭處于振動狀態(tài)時，縱向位移 可忽略不計或為零，而徑向位移是最大的或接近最大。反節(jié)點是一個點或區(qū)域，在該點 或區(qū)域上縱向位移是最大的或接近最大，而徑向位移是最小的或接近最小。
共同轉(zhuǎn)讓的美國專利6,786,384 “超聲焊頭安裝座”公開了一種有效的具有預(yù) 定諧振頻率的旋轉(zhuǎn)超聲焊頭安裝座，將該專利申請以引用的方式并入本文。所公開的安 裝座本身具有大約相同的諧振頻率，使得安裝座以這樣一種方式被其裝載的焊頭驅(qū)動， 該方式使得焊頭傳遞給安裝座的徑向位移被耗散掉，從而外部支承表面基本上保持不動 (在徑向意義上，它在運行過程中周向地旋轉(zhuǎn))。
遺憾的是，在安裝線性焊頭以進(jìn)行掃描焊接而言，此公開并未有所幫助。通過 為線性焊接焊頭提供共振的、節(jié)點式的安裝座的優(yōu)點，可以促進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。
發(fā)明概述
本文所述的是特別適用于線性焊頭的共振的、節(jié)點式的安裝座。在一個實施例 中，本公開描述用于超聲焊接加工的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有在預(yù)定頻率上產(chǎn)生共振的焊頭和 用于該焊頭的安裝座。該安裝座包括具有內(nèi)部支承表面的接觸部分，該內(nèi)部支承表面用 于實際地接觸焊頭。從所述連接軸向外延伸出一凸緣，結(jié)束于外部周邊。環(huán)形的安裝部分附接到接觸部分和外周邊之間的凸緣。安裝座被構(gòu)造而使得該安裝座在預(yù)定頻率附近 具有共振，并且在運行時安裝座的接觸部分在一個點上被聯(lián)接到焊頭，在該點處，該焊 頭具有在所述預(yù)定頻率下的節(jié)點。


圖1示出了安裝座的橫截面?zhèn)纫晥D。
圖2示出了焊接系統(tǒng)的橫截面透視圖，該焊接系統(tǒng)采用根據(jù)圖1的若干安裝座。
圖3示出通過夾桿支承的圖2焊接系統(tǒng)的橫截面透視圖。
圖4為當(dāng)安裝座以預(yù)定頻率共振時，安裝座的典型橫截面在所傳遞的運動極限 上的比較視圖。
具體實施方式
現(xiàn)在參見圖1，所示為安裝座的橫截面視圖。安裝座10是旋轉(zhuǎn)體，具有所描述 的橫截面。安裝座10包括具有內(nèi)部支承表面14的接觸部分12。接觸部分12可任選具 有孔16。凸緣18從接觸部分12向外延伸，結(jié)束于外部周邊20。環(huán)形安裝部分22在接 觸部分12和外部周邊20之間附接至凸緣18。與凸緣18相對的環(huán)形安裝部分22的末端 為外部支承表面對。在一個實施例中，環(huán)形平衡物沈鄰近周邊20被安裝于凸緣18上。
參見圖2，所示為焊接系統(tǒng)的橫截面透視圖，該焊接系統(tǒng)采用根據(jù)圖1的若干安 裝座。安裝座10支承線性焊頭30。線性焊頭30具有焊接表面32，例如為進(jìn)行掃描焊 接，薄片材料頂靠著該焊接表面32而通過。在一個實施例中的線性焊頭30由作用于末 端34上的超聲換能器提供能量。以預(yù)定頻率為焊頭供能時，安裝座10在節(jié)點36上接觸 線性焊頭30。安裝座10被構(gòu)造而使得該安裝座在該預(yù)定頻率附近產(chǎn)生共振。
現(xiàn)在參見圖3，所示為圖2焊接系統(tǒng)的橫截面透視圖，該焊接系統(tǒng)由夾桿支承。 夾桿40和42壓縮安裝座和焊頭組件，因此可以在例如傳送需要焊接的材料的幅材處理線 (webhandling line)中有效地支承它?？梢蕴峁\的埋頭孔44以接納安裝座10的安裝部 分22。
現(xiàn)在參見圖4，示出了安裝座10在預(yù)定頻率下共振時，安裝座的典型橫截面在 所傳遞的運動極限上的重疊比較視圖。非應(yīng)力構(gòu)型的安裝座10以虛線示出；它的最大受 力構(gòu)型(當(dāng)振動的線性焊頭30的側(cè)向伸展最大時)以實線示出。值得注意的是，相比于 內(nèi)部支承表面，由外部支承表面M所展示的相距于未受力狀態(tài)時的位移是如此之小。利 用外部支承表面M上如此小的位移，夾桿40 (見圖3)可以成功地固定安裝座。
鍾
圖1大體描述的若干安裝座由6A1 4V鈦合金加工。寬度為22.9cm并且設(shè)計為 在20,OOOHertz附近共振的典型線性焊頭還可由鈦6A14V加工而成，以用于本測試。超聲 換能器(可從Branson UltrasonicsCorporation (Danbury，CT))附接在常規(guī)的增幅器的一端上，該增幅器繼而安裝到線性焊頭。這種裝置用于在三個實驗過程中為焊頭提供能量。
在第一個實驗中，松開焊頭以提供由裝置獲取的功率量的控制值。超聲電源上 的功率輸出設(shè)定為100%。
在第二個實驗中，使用安裝座中的四個來安裝焊頭，每個安裝座在圖3大體描述的一對夾桿之間壓貼一個振動節(jié)點。超聲電源上的功率輸出設(shè)定為50%。
第三個實驗類似于第二個，除了功率如第一個實驗?zāi)菢又匦略O(shè)定為100%。條件 和結(jié)果匯總在表1中。
最能說明事實的是，利用測試1和測試3之間的相同功率設(shè)置，功耗僅有最輕微 的增加，并且調(diào)諧頻率變化非常小。這表示節(jié)點安裝座并未顯著地消耗換能器的能量， 從而在例如掃描焊接過程中允許有效的焊頭操作。此外在測試2和3期間，操作過程十 分安靜。噪聲操作可能是安裝座和夾桿之間相對運動的指示，意味著在運動的和靜止的 部件之間存在效率損耗和有害的磨損。
權(quán)利要求
1.一種超聲加工系統(tǒng)，包括焊頭，所述焊頭在預(yù)定的頻率下產(chǎn)生共振；和安裝座，其包括具有內(nèi)部支承表面的接觸部分，從所述連接軸向外延伸的凸緣，所述凸緣具有外部周邊，以及環(huán)形安裝部分，所述環(huán)形安裝部分在所述接觸部分和所述外周邊之間被附接至所述 凸緣；其中所述安裝座在所述預(yù)定頻率附近產(chǎn)生共振，其中所述接觸部分在一個點上被聯(lián)接至 焊頭，在所述點處，所述焊頭具有在所述預(yù)定頻率下的節(jié)點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述安裝座還包括環(huán)形平衡物，所述環(huán)形平衡物 鄰近所述周邊被安裝在所述凸緣上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述焊頭是線性焊頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述安裝座是旋轉(zhuǎn)體并且其中所述環(huán)形安裝部分 的與所述凸緣相對的末端是外部支承表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中以所述預(yù)定頻率驅(qū)動所述安裝元件時，所述外部 支承表面的運動小于所述內(nèi)部支承表面的運動的百分之十。
6.—種用于超聲焊頭的安裝座，包括具有內(nèi)部支承表面的接觸部分，從所述連接軸向外延伸的凸緣，所述凸緣具有外部周邊，環(huán)形安裝部分，所述環(huán)形安裝部分在所述接觸部分和所述外部周邊之間被附接至所 述凸緣，從而所述環(huán)形安裝部分的與所述凸緣相對的末端為外部支承表面；其中以預(yù)定頻率驅(qū)動所述內(nèi)部支承表面時，所述外部支承表面為節(jié)點。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的安裝座，其中當(dāng)以所述預(yù)定頻率驅(qū)動所述安裝元件時，所述 外部支承表面的運動小于所述內(nèi)部支承表面的運動的百分之十。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的安裝座，其中所述凸緣以除與基部元件垂直的角度之外的角 度從所述基部元件延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的安裝座，其中所述外部支承表面大體平行于所述內(nèi)部支承表
10.—種安裝超聲焊頭的方法，包括提供焊頭，所述焊頭在預(yù)定頻率下產(chǎn)生共振； 提供安裝座，所述安裝座包括 具有內(nèi)部支承表面的接觸部分，從所述連接軸向外延伸的凸緣，所述凸緣具有外部周邊，以及 環(huán)形安裝部分，所述環(huán)形安裝部分在所述接觸部分和所述外部周邊之間被附接至所 述凸緣；其中所述安裝座在所述預(yù)定頻率附近產(chǎn)生共振；并且將所述安裝座的所述接觸部分在一個點上附接至所述焊頭，在所述點處，所述焊頭 具有在所述預(yù)定頻率下的節(jié)點。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中以所述預(yù)定頻率驅(qū)動所述安裝元件時，所述外部支承表面的運動小于所述內(nèi)部支承表面的運動的百分之十。
全文摘要
一種超聲加工系統(tǒng)，包括在預(yù)定頻率下產(chǎn)生共振的焊頭(30)；以及安裝座(10)，所述安裝座包括具有內(nèi)部支承表面(14)的接觸部分(12)，從所述連接軸向外延伸的凸緣(18)，所述凸緣具有外部周邊(20)，以及在所述接觸部分(12)和所述外周邊之間被附接至所述凸緣的環(huán)形安裝部分(12)；其中所述安裝座在所述預(yù)定頻率附近產(chǎn)生共振，其中所述接觸部分在一個點上被聯(lián)接至所述焊頭，在所述點處，所述焊頭具有在所述預(yù)定頻率下的節(jié)點(36)。
文檔編號B29C65/08GK102026796SQ200980117367
公開日2011年4月20日 申請日期2009年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月15日
發(fā)明者約翰·R·姆利納爾, 羅納德·W·格德斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司